Op een maanloze nacht kunnen lichtniveaus meer zijn dan 100m keer dimmer dan bij helder daglicht. Maar terwijl we in het donker bijna blind en vrij hulpeloos zijn, zijn katten op roofoverval en motten vliegen behendig tussen bloemen op onze balkons.
Terwijl we slapen, vertrouwen miljoenen andere dieren op hun visuele systemen om te overleven. Hetzelfde geldt voor dieren die de eeuwige duisternis van de diepe zee bewonen. In feite is de overgrote meerderheid van de dieren in de wereld voornamelijk actief bij weinig licht. Hoe is hun formidabele visuele prestatie mogelijk, vooral bij insecten, met kleine ogen en hersenen die kleiner zijn dan de grootte van een rijstkorrel? Welke optische en neurale strategieën hebben ze ontwikkeld om hen in staat te stellen zo goed te zien bij weinig licht?
Om deze vragen te beantwoorden, hebben we onze aandacht gericht op nachtelijke insecten. Ondanks hun kleine visuele systemen, blijkt dat nachtelijke insecten verbazingwekkend goed zien bij weinig licht. In de afgelopen jaren hebben we ontdekt dat nachtelijke insecten obstakels kunnen ontwijken en fixeren tijdens de vlucht, onderscheid kleuren, vage bewegingen detecteren, leer visuele oriëntatiepunten en gebruik ze voor homing. Ze kunnen zich zelfs oriënteren met behulp van het zwakke celestiale polarisatiepatroon geproduceerd door de maan, en navigeer met behulp van de sterrenbeelden van sterren in de lucht.
In veel gevallen lijkt deze visuele uitvoering bijna te tarten wat fysiek mogelijk is. Bijvoorbeeld de nachtzwerm in Midden-Amerika, Megalopta genalis, absorbeert slechts vijf fotonen (lichte deeltjes) in zijn kleine ogen wanneer de lichtniveaus het laagst zijn - a verdwijnend klein visueel signaal. En toch, in het holst van de nacht, kan het door het dichte en verwarde regenwoud tijdens een foeragereis en veilig terug naar zijn nest - een onopvallende uitgeholde stok die in de bosonderlaag hangt.
Om erachter te komen hoe dit soort prestaties mogelijk is, zijn we onlangs begonnen met het bestuderen van nachtelijke haviksmotten. Deze prachtige insecten - de kolibries van de ongewervelde wereld - zijn slanke, snel vliegende motten die voortdurend op zoek zijn naar nectarrijke bloemen. Zodra een bloem is gevonden, zweeft de mot ervoor en zuigt de nectar naar buiten met behulp van de proboscis, een mondachtige buis.
De nachtelijke Europese olifantshawkmoth, Deilephila elpenor, is een prachtig schepsel gehuld in gevederde roze en groene schubben en verzamelt al zijn nectar in het holst van de nacht. Een aantal jaren geleden ontdekten we dat deze nachtvlinder 's nachts, het eerste nachtdier, kleuren kan onderscheiden bekend om dit te doen.
Maar deze mot onthulde onlangs nog een van zijn geheimen: de neurale trucs die hij gebruikt om goed te zien in extreem zwak licht. Deze trucs worden zeker gebruikt door andere nachtelijke insecten zoals Megalopta. Door de fysiologie van neurale circuits in de visuele centra van de hersenen te bestuderen, ontdekten we dat Deilephila kan betrouwbaar in zwak licht zien door de fotonen die het op verschillende punten verzameld heeft effectief bij elkaar te voegen in ruimte en tijd.
Dit lijkt een beetje op het vergroten van de sluitertijd op een camera bij weinig licht. Door de sluiter langer open te laten, bereikt meer licht de beeldsensor en wordt een helderder beeld geproduceerd. Het nadeel is dat alles dat snel beweegt - zoals een passerende auto - niet zal worden opgelost en dus zal het insect het niet kunnen zien.
Neurale sommatie
Om fotonen in de ruimte bij elkaar te voegen, kunnen de afzonderlijke pixels van de beeldsensor samen worden gepoold om minder maar grotere (en dus meer lichtgevoelige) "superpixels" te creëren. Nogmaals, het nadeel van deze strategie is dat, hoewel het beeld helderder wordt, het ook vager wordt en fijnere ruimtelijke details verdwijnen. Maar voor een nachtdier dat zich inspant om in het donker te zien, is het vermogen om een helderdere wereld te zien die grover en langzamer is, waarschijnlijk beter dan helemaal niets te zien (wat het enige alternatief zou zijn).
Ons fysiologische werk heeft onthuld dat deze neurale optelling van fotonen in tijd en ruimte enorm gunstig is voor nachtdieren Deilephila. Bij alle nachtelijke lichtintensiteiten, van schemering tot sterlichtniveau, neemt de som aanzienlijk toe DeilephilaHet vermogen om goed te zien bij weinig licht. In feite dankzij deze neurale mechanismen, Deilephila kan zien bij lichtintensiteiten rond 100 tijden dimmer dan het anders zou kunnen. De voordelen van sommatie zijn zo groot dat andere nachtelijke insecten, zoals Megalopta, vertrouw er zeer waarschijnlijk op om het ook bij weinig licht goed te zien.
De wereld die door nachtelijke insecten wordt gezien, is misschien niet zo scherp of zo goed mogelijk opgelost in de tijd als die wordt ervaren door hun actieve familieleden. Maar sommatie zorgt ervoor dat het helder genoeg is om potentiële partners te detecteren en te onderscheppen, om prooien te achtervolgen en te vangen, om van en naar een nest te navigeren en obstakels tijdens de vlucht te overwinnen. Zonder dit vermogen zou het net zo blind zijn als de rest van ons.
Over de auteur
Eric Warrant, hoogleraar zoölogie, Lund University
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees de originele artikel.
Verwante Boeken
at InnerSelf Market en Amazon
